磷酸型燃料電池.ppt

1、磷酸型燃料電池 phosphoric acid fuel cell-pafc 目錄l概述l基本組成和反應(yīng)原理l特點(diǎn)l研究重點(diǎn)l發(fā)展過程l應(yīng)用開發(fā)狀況及前景l(fā)對(duì)發(fā)展我國pafc的建議概述l磷酸燃料電池（phosphoric acid fuel cell, pafc）是以濃磷酸為電解質(zhì)，以貴金屬催化的氣體擴(kuò)散電極為正、負(fù)電極的中溫型燃料電池?？梢栽?50220工作。具有電解質(zhì)穩(wěn)定、磷酸可濃縮、水蒸氣壓低和陽極催化劑不易被co毒化等優(yōu)點(diǎn)，是一種接近商品化的民用燃料電池。概述 磷酸燃料電池有第一代燃料電池之稱，同時(shí)也是當(dāng)前商業(yè)化發(fā)展最快的一種燃料電池。使用液體磷酸為電解質(zhì)。盡管磷酸燃料電池的工作溫度要

2、在150 - 220左右，但仍需電極上的白金催化劑來加速反應(yīng)。由于其工作溫度較高，所以其陰極上的反應(yīng)速度要比質(zhì)子交換膜燃料電池的陰極的速度快。且較高的工作溫度也使其對(duì)雜質(zhì)的耐受性較強(qiáng)。 磷酸燃料電池的效率比其它燃料電池低，約為40%，其加熱的時(shí)間也比質(zhì)子交換膜燃料電池長。優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單，穩(wěn)定，電解質(zhì)揮發(fā)度低等。磷酸燃料電池可用作公共汽車的動(dòng)力。磷酸燃料電池的基本組成和反應(yīng)原理l磷酸燃料電池的基本組成和反應(yīng)原理是： 燃料氣體或城市煤氣添加水蒸氣后送到改質(zhì)器，把燃料轉(zhuǎn)化成h2、co和水蒸氣的混合物，co和水進(jìn)一步在移位反應(yīng)器中經(jīng)觸媒劑轉(zhuǎn)化成h2和co2。經(jīng)過如此處理后的燃料氣體進(jìn)入燃料堆的負(fù)極(燃

3、料極)，同時(shí)將氧輸送到燃料堆的正極(空氣極)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，借助觸媒劑的作用迅速產(chǎn)生電能和熱能。磷酸燃料電池的特點(diǎn) l(1)發(fā)電效率在35% 43%之間，大容量電站效率較高些。熱電聯(lián)供時(shí)，總效率為71%-85%；l(2)潔凈、對(duì)環(huán)境污染小，沒有(或很小)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，振動(dòng)和噪聲污染也很??；l(3)隨著技術(shù)不斷改進(jìn)，pafc電站，特別是50kw和200kw電站，其無故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間在不斷加長。磷酸燃料電池的特點(diǎn) l(4)滿負(fù)荷運(yùn)行可達(dá)到40000h，電池的輸出電壓的降低不大于10%,l(5)裝置緊湊，檢修空間小，維修困難。l(6) pafc電站可使用各種氣態(tài)或液態(tài)燃料，主要是使用天然氣或液化天然氣，也

4、可以使用液化石油氣、煤油、沼氣等。l(7)降低造價(jià)與技術(shù)的改進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)化和大規(guī)模生產(chǎn)分不開。研究重點(diǎn)（1）進(jìn)一步提高電池比功率（2）延長使用壽命（3）降低制造成本 因此開發(fā)出活性高、穩(wěn)定性好的新的電極催化劑就成了解決上述問題的一項(xiàng)非常重要的措施。發(fā)展過程l磷酸燃料電池(pafc)自從20世紀(jì)60年代在美國開始研究以來，由于操作溫度低，耐co 中毒能力強(qiáng)等特點(diǎn)，得到了優(yōu)先發(fā)展，是目前技術(shù)成熟、發(fā)展最快的燃料電池, 也是目前唯一實(shí)行商業(yè)化的燃料電池。代表性的公司有美國的聯(lián)合技術(shù)公司(utc)。1977年由美國9家電力公司與utc聯(lián)合開發(fā)兆瓦級(jí)燃料電池，1983年后由utc派生的國際燃料電池公司(if

5、c)開始了200 kw 級(jí)pafc成套設(shè)備的開發(fā)，在美國已建造了1mw、4.5mw和7.5mw的pafc電站。發(fā)展過程l進(jìn)入20 世紀(jì)80 年代，由于日本的需求和其財(cái)力雄厚，pafc 的商業(yè)化工作主要在日本進(jìn)行。1990年，國際燃料電池公司（ifc）與日本東芝公司以商業(yè)化為目的成立了onsi公司，專門生產(chǎn)pc-25型（200 kw）pafc燃料電池成套設(shè)備。之后，pc-25型由a型發(fā)展到b型，c型和d型。l德國大眾目前正在技術(shù)中心以達(dá)到實(shí)用化水平為目標(biāo)進(jìn)行研發(fā)。該公司今后打算在2010年前后生產(chǎn)配備輸出功率更高的htfc系統(tǒng)的試驗(yàn)用燃料電池車，并力爭2020年前后投產(chǎn) 。發(fā)展過程l我國對(duì)paf

6、c 的研究基本上還處于空白狀態(tài)。作為燃料電池家族中最先實(shí)行商業(yè)化的磷酸燃料電池，在實(shí)用化過程中取得了許多具有應(yīng)用價(jià)值的技術(shù), 包括電池材料、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)以及運(yùn)行等方面。針對(duì)我國燃料電池目前研究現(xiàn)狀, 若能將磷酸燃料電池上取得的技術(shù)進(jìn)行掌握并借鑒到其它類型的燃料電池上, 對(duì)我國在燃料電池電站建設(shè)方面的發(fā)展可以說是具有極大的指導(dǎo)作用。應(yīng)用開發(fā)狀況l發(fā)電廠l現(xiàn)場發(fā)電l車輛l小容量可移動(dòng)電源l其他一、用于發(fā)電廠l pafc用于發(fā)電廠包括兩種情形：（1）分散型發(fā)電廠，容量在10-20mw之間，安裝在配電分站；（2）中心電站型發(fā)電廠，裝機(jī)容量在100mw以上，可以作為中等規(guī)模熱電廠。 pafc電廠比起一般發(fā)

7、電廠具有如下優(yōu)點(diǎn)：即使在發(fā)電負(fù)荷較低時(shí)，依然保持高的發(fā)電效率；由于采用模板結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場安裝，簡單、省時(shí)，并且電廠擴(kuò)容容易。二、用于現(xiàn)場發(fā)電l現(xiàn)場（集中）發(fā)電（cogeneration）指把pafc直接安裝在用戶附近，同時(shí)提供熱和電。這被認(rèn)為是pafc的最佳應(yīng)用方案。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是：可根據(jù)需要設(shè)置裝機(jī)容量或調(diào)整發(fā)電負(fù)荷，卻不會(huì)影響裝置的發(fā)電效率，既使小容量pafc裝置也能達(dá)到相當(dāng)于現(xiàn)代大型熱電廠的效率；有效利用電和熱，傳輸損失小。三、在車輛上的應(yīng)用l目前這方面主要是以pafc作為基本動(dòng)力電源，配備蓄電池以滿足車輛啟動(dòng)和爬坡時(shí)峰值用電要求。l在1994年于美國圣第哥舉行的第14屆燃料電池會(huì)議期間，

8、美國能源公司展示了第一臺(tái)以甲醇為燃料pafc做動(dòng)力的公交車。四、小容量可移動(dòng)電源 pafc可以用作通訊、緊急供電、娛樂車等的電源。與通常的柴油發(fā)電機(jī)相比，pafc作為軍事上的通訊電源，其誘人之處在于運(yùn)行時(shí)噪音低和熱輻射量極少，有利于隱蔽目標(biāo)。五、其他l許多石油化工廠，如煉油廠、氯堿廠、合成氨廠等，經(jīng)常排放大量富氫氣體。在現(xiàn)場安裝pafc裝置，就可以把排放氣體中的氫轉(zhuǎn)化成電能，或者從中分離出純氫氣體，從而減少資源浪費(fèi)。應(yīng)用前景l(fā)從節(jié)省資源、減少co2 排放等觀點(diǎn)來看,磷酸燃料電池是非常有效的熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備,通過與污水處理廠、食品工業(yè)等的沼氣發(fā)酵技術(shù)部門進(jìn)行合作,在為構(gòu)筑資源循環(huán)型社會(huì)的對(duì)策等方面的進(jìn)展也令人鼓舞。今后,將通過進(jìn)一步降低成本來提高其經(jīng)濟(jì)性,并通過不僅僅局限于城市燃?xì)?而且擴(kuò)大到對(duì)生物氣體等的循環(huán)型社會(huì)的多樣化燃料的適用范圍,為磷酸型燃料電池的推廣普及而積極努力。對(duì)發(fā)展我國pafc的建議 我國是一個(gè)人口眾多的發(fā)展中國家，面臨著十分嚴(yán)峻的資源和環(huán)保問題。大力發(fā)展能量利用率高，有害物質(zhì)排放量極少的pafc 技術(shù)，就顯得非常必要。因此，我們建議：（1）國家應(yīng)該盡快設(shè)立pafc開發(fā)研究計(jì)劃，給予足夠資金投入，支持pafc基礎(chǔ)和應(yīng)用研究?？v觀所有已進(jìn)行開發(fā)國家，毫無例外是在國家大力支持下開始起步的